高輝度・高強度陽電子ビーム回折法の開発と表面研究への応用

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24221007
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 兵頭 俊夫 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特定教授 (90012484)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 敏男 東京大学, 物性研究所, 教授 (20107395) ; 深谷 有喜 独立行政法人日本原子力研究開発機構, その他部局等, 研究員 (40370465) ; 藤浪 眞紀 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50311436)
• Project Period (FY): 2012-05-31 – 2017-03-31
• Keywords: 表面・界面物性 / 粒子線 / 量子ビーム / 陽電子回折

Research Abstract

本研究では，KEK物質構造科学研究所の低速陽電子実験施設の低速陽電子ビームを利用して、反射高速電子回折（RHEED）および低速電子回折（LEED）の電子を陽電子に置き換えた、反射高速陽電子回折（RHEPD）および低速陽電子回折（LEPD）の、実用的な輝度と強度をもつ装置を開発している。
本年度は、まず、コリメータを使った反射高速陽電子回折（RHEPD）ステーション完成させた。コンバータ／モデレータで10keVの陽電子ビームを作り、磁場でガイドして実験ホールに導いた。ガイド磁場から解放された陽電子ビームをコリメータで絞ってビーム質をよくし、RHEPDチェンバーに導入した。再放出輝度増強は次年度に行うこととして、実際の回折パターン観測を行った。
最初の測定として、Ge(001)面上にPtを蒸着したときに生じる表面1次元構造の研究を行った。この構造については、従来、提唱されていたモデルのうちどれが正しいかわかっていなかったが、本研究によってそのうちの一つが正しいことが確定した。また、温度100K以下で相転移を起こすことが知られていたが、高温側では最表面からとび出しているGe原子対が同じ高さであり、低温側では交互に異なる高さで並んでいることを明らかにした。
低速陽電子回折（LEPD）ステーションには、センターホール付マイクロチャネルプレート(MCP)および阻止電場用グリッドを備えたLEED用の装置を改造して用いる予定であったが、光学系の特注仕様の検討中に、検出器をディレーライン検出器に変更すればより高感度の測定が可能であることが判明した。そのためにはビームライン輸送および輝度増強システムの試験と特注仕様詳細の変更が必要になり、それに必要な経費を次年度に繰り越した。2013年度に設計を行って発注し、納品された。ステーションの構築は2014年度に行う。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

コリメータ方式の反射高速陽電子回折（RHEPD）ステーションを完成させ、応用研究を開始した。Ge(001)面上にPtを蒸着したときに生じる表面1次元構造の研究を行い、相転移温度の両側で異なる表面の原子は位置を確定させた。
低速陽電子回折（LEPD）ステーションについては、検出器をディレーライン検出器に変更すれば当初計画よりも高感度の測定が可能になることが判明した。そのためにはビームライン輸送および輝度増強システムの試験と特注仕様詳細の変更が必要になり、それに必要な経費を次年度に繰り越した。2013年度に設計を行って発注し、納品された。

Strategy for Future Research Activity

反射高速陽電子回折（RHEPD）については、コリメータ方式から透過型再減速材を用いた輝度増強方式に変更する。その後、まず、完成した装置の表面構造に対する感度の高さを実証する測定を行う。さらに、新しい表面構造の原子配置の決定や、他の手段で長年かかっても構造が決まっていない物質表面の構造の確定を試みる。
低速陽電子回折（LEPD）については、光学系の設計と、DLD検出器を高強度で有効に使うための陽電子ビーム・パルスストレッチ部の設計、作製を行う。

Research Products

• [Journal Article] Reflection high-energy positron diffraction: the past 15 years and the future (2013)
  • Author(s): Y. Fukaya, M. Maekawa, Mochizuki, K. Wada, T. Hyodo, and A. Kawasuso
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser. Volume: 443 Pages: 012068-1, 6
  • DOI: 10.1088/1742-6596/443/1/012068
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New experiment stations at KEK Slow Positron Facility (2013)
  • Author(s): K. Wada, T. Hyodo, T. Kosuge, Y. Saito, M. Ikeda, S. Ohsawa, T. Shidara, K. Michishio, T. Tachibana, H. Terabe, R. H. Suzuki, Y. Nagashima, Y. Fukaya, M. Maekawa, I. Mochizuki, and A. Kawasuso
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser. Volume: 443 Pages: 012082-1, 6
  • DOI: 10.1088/1742-6596/443/1/012082
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atomic configuration and phase transition of Pt-induced nanowires on a Ge(001) surface studied using scanning tunneling microscopy, reflection high-energy positron diffraction, and angle-resolved photoemission spectroscopy (2012)
  • Author(s): I. Mochizuki, Y. Fukaya, A. Kawasuso, K. Yaji, A. Harasawa, I. matsuda, K. Wada, and T. Hyodo
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 85 Pages: 245438-1, 6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.85.245438
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Increase in the beam intensity of the linac-based slow positron beam and its application at the Slow Positron Facility, KEK (2012)
  • Author(s): K. Wada, T. Hyodo, A. Yagishita, M. Ikeda, S. Ohsawa, T. Shidara, K. Michishio, T. Tachibana, Y. Nagashima, Y. Fukaya, M. Maekawa, and A. Kawasuso
  • Journal Title: Eur. Phys. J. D Volume: 66 Pages: 37-1, 4
  • DOI: 10.1140/epjd/e2012-20641-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] KEK物質構造研究所低速陽電子実験施設の近況と共同利用実験の成果 (2012)
  • Author(s): 兵頭俊夫, 和田健
  • Journal Title: 日本陽電子科学会報 Volume: 4 Pages: 2, 9
• [Presentation] 高輝度反射高速陽電子回折を用いたPt/Ge(001)表面1次元鎖構造における 相転移の研究 (2012)
  • Author(s): 望月出海, 和田健, 兵頭俊夫, 深谷有喜, 前川雅樹, 河裾厚男, 矢治光一郎, 原沢あゆみ, 松田巌
  • Organizer: 京都大学原子炉実験所専門研究会「陽電子科学とその理工学への応用」
  • Place of Presentation: 京都大学原子炉実験所
  • Year and Date: 20121130-20121201
• [Presentation] 高輝度反射高速陽電子回折装置の開発の現状 (2012)
  • Author(s): 深谷有喜, 前川雅樹, 望月出海, 和田健, 兵頭俊夫, 河裾厚男
  • Organizer: 京都大学原子炉実験所専門研究会「陽電子科学とその理工学への応用」
  • Place of Presentation: 京都大学原子炉実験所
  • Year and Date: 20121130-20121201
• [Presentation] KEK低速陽電実験施設のビームライン整備と最近の成果 (2012)
  • Author(s): 和田健, 望月出海, 兵頭俊夫, 小菅隆, 斉藤裕樹, 設楽哲夫, 大沢哲, 池田光男, 白川明広, 古川和郎, 満汐孝治, 鈴木亮平, 寺部宏基, 立花隆行, 長嶋泰之, 深谷有喜, 前川雅樹, 河裾厚男, 白澤徹郎, 高橋敏夫, 藤浪眞紀
  • Organizer: 京都大学原子炉実験所専門研究会「陽電子科学とその理工学への応用」
  • Place of Presentation: 京都大学原子炉実験所
  • Year and Date: 20121130-20121201
• [Presentation] KEK低速陽電子実験施設における陽電子回折実験計画 (2012)
  • Author(s): 兵頭俊夫, 深谷有喜, 高橋敏男, 藤浪真紀, 和田健, 望月出海, 河裾厚男, 前川雅樹, 白澤徹郎
  • Organizer: 京都大学原子炉実験所専門研究会「陽電子科学とその理工学への応用」
  • Place of Presentation: 京都大学原子炉実験所
  • Year and Date: 20121130-20121201
• [Presentation] New experiment stations at KEK Slow Positron Facility (2012)
  • Author(s): K. Wada, T. Hyodo, T. Kosuge, Y. Saito, M. Ikeda, S. Ohsawa, T. Shidara, K. Michishio, T. Tachibana, H. Terabe, R.H. Suzuki, Y. Nagashima, Y. Fukaya, M. Maekawa, I. Mochizuki and A. Kawasuso
  • Organizer: 16th International Conference on Positron Annihilation (ICPA-16)
  • Place of Presentation: Bristol University, U. K.
  • Year and Date: 20120819-20120824
• [Presentation] Atomic scale investigations of topmost surface structures by using reflection high-energy positron diffraction (2012)
  • Author(s): Y. Fukaya, I. Matsuda, M. Maekawa, I. Mochizuki, K. Wada, T. Hyodo and A. Kawasuso
  • Organizer: 16th International Conference on Positron Annihilation (ICPA-16)
  • Place of Presentation: Bristol University, U. K.
  • Year and Date: 20120819-20120824
  • Invited
• [Book] 量子ビーム物質科学 (2012)
  • Author(s): 門野 良典, 足立 伸一, 小野 寛太, 稲田 康宏, 伊藤 晋一, 鬼柳 善明, 大友 季哉, 兵頭 俊夫
  • Total Pages: 232
  • Publisher: 共立出版
• [Remarks] 低速陽電子実験施設
  • URL: http://pfwww.kek.jp/slowpos/